Vì sao có thể dự đoán được nguyên tố còn chưa tìm thấy?

Năm 1886, nhà hóa học người Đức Winkler tìm thấy một nguyên tố mới là gecmani (Ge) và công bố các số liệu thực nghiệm về nguyên tố này.

Điều kỳ lạ là ngay từ năm 1871, khi chưa ai biết đến gecmani, nhà hóa học Nga Menđeleev đã dự đoán rất chính xác tính chất và đặc điểm của nó. Ông đưa ra những dự đoán về một nguyên tố khi ấy còn chưa được phát hiện.

Khi so sánh dự đoán của Menđeleev với các số liệu thực nghiệm do Winkler công bố, người ta thấy những dự đoán ấy chính xác đến kinh ngạc.

Dự đoán của Menđeleev không phải là “nhắm mắt nói mò”, mà dựa trên phương pháp suy luận và phán đoán khoa học rất chặt chẽ.

Trước thời Menđeleev, nhiều nhà hóa học đã lần lượt phát hiện hơn 60 nguyên tố. Nhưng rốt cuộc có bao nhiêu nguyên tố tất cả thì chưa ai trả lời được. Để giải đáp câu hỏi này, các nhà khoa học đi sâu nghiên cứu xem giữa các nguyên tố có quy luật nào không. Có người dựa vào tính chất vật lý như điểm nóng chảy, điểm sôi, màu sắc, trạng thái, tỉ trọng, độ cứng, tính dẫn điện, dẫn nhiệt… để phân loại. Có người lại dựa vào tính chất hóa học, hóa trị, tính axit, tính kiềm để phân loại. Tuy nhiên, họ vẫn chưa tìm ra quy luật rõ ràng.

Trong quá trình học tập thành quả của những người đi trước, Menđeleev đã tổng kết kinh nghiệm và quyết định dùng một phương pháp mới. Ông lấy các thuộc tính vốn có của nguyên tố, ít chịu ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh như khối lượng nguyên tử và hóa trị, làm cơ sở để tìm mối liên hệ nội tại giữa các nguyên tố.

Trước tiên, Menđeleev chọn khối lượng nguyên tử và hóa trị để phân tích, đồng thời cải chính khối lượng nguyên tử của 8 nguyên tố Be, In, U, Os, Ir, Pt, Y và Ti mà trước đó mọi người đã ngộ nhận trong một thời gian dài.

Menđeleev tổng hợp các đặc tính của nguyên tố, phát hiện quy luật tuần hoàn của các nguyên tố và dùng quy luật biến đổi tuần hoàn để sắp xếp chúng thành bảng tuần hoàn. Trên bảng tuần hoàn, dù một vị trí đã có nguyên tố hay còn trống, bản thân vị trí ấy cũng gợi ra nhiều tính chất của nguyên tố tương ứng. Dự đoán chính xác của Menđeleev về gecmani dựa vào các nguyên tố xung quanh nó: bên trái là gali có khối lượng nguyên tử 69,72; bên phải là asen có khối lượng 74,92; phía trên là silic có khối lượng nguyên tử 28,08; phía dưới là thiếc Sn có khối lượng nguyên tử 118,6. Trung bình cộng khối lượng nguyên tử của 4 nguyên tố trái, phải, trên, dưới là 72,86. Sau này, người ta xác định gecmani có khối lượng nguyên tử 72,61. Điều đó không phải ngẫu nhiên mà phản ánh một quy luật. Dựa vào phương pháp tương tự, Menđeleev còn dự đoán 3 nguyên tố khác. Chỉ trong vòng 20 năm, các nguyên tố này lần lượt được phát hiện và tính chất thực tế của chúng rất phù hợp với dự đoán.

Việc phát hiện quy luật tuần hoàn của các nguyên tố hóa học không chỉ chấm dứt tình trạng các nguyên tố bị xem xét rời rạc, hỗn loạn mà còn đem lại cho con người một nhãn quan khoa học để nhận thức quy luật nội tại của tự nhiên.